CN103559688A - 基于波前图像补偿的畸变校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于波前图像补偿的畸变校正方法，所述的基于波前图像补偿的畸变校正方法包括以下步骤：利用波前像差测量仪器测试光学系统的光波前像差多项式，在DSP中对光波前像差多项式的系数进行输入；利用点扩散函数，计算输出图像对应位置坐标的值；获得理想光学系统的坐标后，利用雅可比方程计算输出补偿后的校正图像；通过光学系统看到清晰完整的图像。本发明通过仪器测量到人眼的光波前传输方程，利用前向像移补偿的概念，在DSP输入光波前方程的系数，在图像显示之前对图像利用补偿算法进行改变，使人眼最终能看到清晰，无畸变的图片，同时本发明不仅可以用于对人眼成像方面的校正，对一些需要加密的图片也具有应用价值。

Description

基于波前图像补偿的畸变校正方法

技术领域

本发明涉及一种图像校正方法，具体涉及一种基于波前图像补偿的畸变校正方法。

背景技术

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求。像移补偿是对遥感器平台在成像瞬间相对于所摄目标的位移引起的像点位移的自动补偿改正。视觉是人类对外感知的来源，人们通过视觉系统对物体的形状和颜色进行分辨，随着年龄的增长和眼睛疾病的限制，影响了人们对正常图片的观赏。例如：不佩戴适当的光学设备进行校正将无法正常的辨识电脑屏幕显示的图片。眼睛镜片的简单光学设备也仅仅能矫正一些近视、远视、老花等由于光学系统的离焦产生的图像桶形、枕形畸变，对一些眼疾带来的慧差、球差等高级的光波畸变将无法校正或者需要昂贵的校正光学材料或设备。传统的通过佩戴校正眼镜等简单的光学系统对物体的成像进行改变，这种方式在一些场合存在不便，并且更新速度快，浪费材料。隐形眼镜的长期佩戴也对眼角膜造成损害。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于波前图像补偿的畸变校正方法，以期待解决现有技术中图像校正效果差，成本高，对人体损害性大等问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于波前图像补偿的畸变校正方法，所述的基于波前图像补偿的畸变校正方法包括以下步骤：

利用波前像差测量仪器测试光学系统的光波前像差多项式，在DSP中对光波前像差多项式的系数进行输入；

利用点扩散函数，计算输出图像对应位置坐标的值；

获得理想光学系统的坐标后，利用雅可比方程计算输出补偿后的校正图像；

通过光学系统看到清晰完整的图像。

更进一步的技术方案是光波前像差多项式：

$({\hat{u}}_0;\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})={{{\mathrm{\Σ}}^W}_{\mathrm{klm}}\hat{u}}_0^k{\mathrm{\ρ}}^l\mathrm{co}{s}^m\mathrm{\θ};$ k＝2j+m,l＝2n+m，

$\mathrm{\ρ}=\sqrt{x^2+y^2}$ $\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{x}{y}\right).$

更进一步的技术方案是点扩散函数

$\mathrm{PSF}(x,y)=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}^2{d}^2{A}_p}\left|\right|\mathrm{FT}\{p(x,y)\·e^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}W(x,y)}\}|f_x=\frac{x}{\mathrm{\λd}},f_y=\frac{y}{\mathrm{\λd}}||;$

其中，λ代表波长，d代表光学系统出瞳平面到源图像的距离，p(x,y)代表圆形出射瞳孔函数，ρ₀为光学系统的焦距。

更进一步的技术方案是

$\begin{array}{ccc}\mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{1,1}})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{1,2}})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{1,m})\right)\\ \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{2,1}})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{2,2}})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{2,m})\right)\\ \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,1})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.{*h}_{n,2})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,m})\right)\end{array}=I_{\mathrm{source}}\⊗D;$

其中，

h_n,m代表点扩散函数中(n,m)位置的值，D代表理想光学系统的PSF函数的傅里叶变换，I′为补偿后的校正图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过仪器测量到人眼的光波前传输方程，利用前向光波像移补偿的概念，在DSP输入光波前方程的系数，在图像显示之前对图像利用补偿算法进行改变，使人眼最终能看到清晰，无畸变的图片，同时本发明不仅可以用于对人眼成像方面的校正，对一些需要加密的图片也具有应用价值。

附图说明

图1为本发明一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，图1示出了本发明一个实施例的流程图。本实施例一种基于波前图像补偿的畸变校正方法，包括以下步骤：利用波前像差测量仪器测试光学系统的光波前像差多项式，在DSP中对光波前像差多项式的系数进行输入；利用点扩散函数，计算输出图像对应位置坐标的值；获得理想光学系统的坐标后，利用雅可比方程计算输出补偿后的校正图像；通过光学系统看到清晰完整的图像。本实施例的主要原理为通过测试光学系统即人眼的光波前传输方程，通过计算推断出输出图像的位置坐标，利用光学原理的点扩散函数即可定位出每个像素在输出图片的位置，然后利用雅可比方程解出应该补偿的图片位置坐标，使最终输出清晰准确的预定图案。具体的实施方案是，利用专用波前像差测量仪器测得光学系统的光波前像差多项式，本实施例中光学系统可以是人的眼睛，在DSP中对赛德尔像差多项式不同级别的系数W_klm进行输入，如：k、l、m和级数有关的系数；多项式为：

$W({\hat{u}}_0;\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})={{\mathrm{\Σ}}^W}_{\mathrm{klm}}{\hat{u}}_0^k{\mathrm{\ρ}}^l\mathrm{co}{s}^m\mathrm{\θ};$ k＝2j+m,l＝2n+m

$\mathrm{\ρ}=\sqrt{x^2+y^2}$ $\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{x}{y}\right).$

从对应表中可以查找到相应的表达式

利用点扩散函数，计算输出图像对应位置坐标(x,y)的值；λ代表波长，d代表光学系统出瞳平面到源图像的距离，p(x,y)代表圆形出射瞳孔函数，其中

ρ₀为光学系统的焦距。点扩散函数为：

$\mathrm{PSF}(x,y)=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}^2{d}^2{A}_p}\left|\right|\mathrm{FT}\{p(x,y)\·e^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}W(x,y)}\}|f_x=\frac{x}{\mathrm{\λd}},f_y=\frac{y}{\mathrm{\λd}}||;$

圆形出射瞳孔函数为：

知道理想光学系统的坐标后，利用雅可比方程计算输出补偿后的校正图像I′；

h_n,m代表点扩散函数中(n,m)位置的值，D代表理想光学系统的PSF函数的傅里叶变换；雅可比方程为：

$\begin{array}{ccc}\mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{1,1}})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{1,2}})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{1,m})\right)\\ \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{2,1}})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{2,2}})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{2,m})\right)\\ \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,1})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,2})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,m})\right)\end{array}=I_{\mathrm{source}}\⊗D;$

最后通过人眼后看到清晰完整的图片。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (4)

1.一种基于波前图像补偿的畸变校正方法，其特征在于：所述的基于波前图像补偿的畸变校正方法包括以下步骤：

利用波前像差测量仪器测试光学系统的光波前像差多项式，在DSP中对光波前像差多项式的系数进行输入；

利用点扩散函数，计算输出图像对应位置坐标的值；

获得理想光学系统的坐标后，利用雅可比方程计算输出补偿后的校正图像；

通过光学系统看到清晰完整的图像。

2.根据权利要求1所述的基于波前图像补偿的畸变校正方法，其特征在于所述的光波前像差多项式： $W({\hat{u}}_0;\mathrm{\ρ},\mathrm{\θ})={{{\mathrm{\Σ}}^W}_{\mathrm{klm}}\hat{u}}_0^k{\mathrm{\ρ}}^l\mathrm{co}{s}^m\mathrm{\θ};$ k＝2j+m,l＝2n+m， $\mathrm{\ρ}=\sqrt{x^2+y^2}$ $\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{x}{y}\right).$

3.根据权利要求1所述的基于波前图像补偿的畸变校正方法，其特征在于所述的点扩散函数 $\mathrm{PSF}(x,y)=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}^2{d}^2{A}_p}\left|\right|\mathrm{FT}\{p(x,y)\·e^{-i\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}W(x,y)}\}|f_x=\frac{x}{\mathrm{\λd}},f_y=\frac{y}{\mathrm{\λd}}||;$

其中，λ代表波长，d代表光学系统出瞳平面到源图像的距离，p(x,y)代表圆形出射瞳孔函数，ρ₀为光学系统的焦距。

4.根据权利要求1所述的基于波前图像补偿的畸变校正方法，其特征在于雅可比方程为：

$\begin{array}{ccc}\mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{1,1}})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{1,2}})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{1,m})\right)\\ \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{2,1}})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{\mathrm{2,2}})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{2,m})\right)\\ \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,1})\right)& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,2})\right)...& \mathrm{sum}\left(\mathrm{sum}(I\text{'}.*h_{n,m})\right)\end{array}=I_{\mathrm{source}}\⊗D$ 其中，

h_n,m代表点扩散函数中(n,m)位置的值，D代表理想光学系统的PSF函数的傅里叶变换,I′为补偿后的校正图像。

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